В 1425—27 Рублёв совместно с Даниилом Чёрным и другими мастерами расписал Троицкий собор Троице-Сергиева монастыря и создал иконы его иконостаса. Сохранились иконы; они выполнены в различных манерах и неравноценны по художественным качествам. Время, когда на Руси назревали новые междоусобные войны и гармонический идеал человека, сложившийся в предшествующий период, не находил опоры в действительности, сказалось и на творчестве Рублёва. В ряде произведений Рублёву удалось создать впечатляющие образы, в них чувствуются драматические ноты, ранее ему не свойственные («Апостол Павел»). Колорит икон более сумрачен по сравнению с ранними произведениями; в некоторых иконах усиливается декоративное начало, в других проявляются архаические тенденции. Некоторые источники называют роспись Спасского собора Андроникова монастыря(весной 1428 года; сохранились лишь фрагменты орнаментов) последней работой Рублёва
Ему приписывается также ряд работ, принадлежность которых кисти Рублёва точно не доказана: фрески Успенского собора на «Городке» в Звенигороде (конец XIV — начало XV века; сохранились фрагменты), иконы — «Владимирская богоматерь» (около 1409, Успенский собор, Владимир), «Спас в силах» (1408, Третьяковская галерея), часть икон праздничного чина («Благовещение», «Рождество Христово», «Сретение», «Крещение», «Воскрешение Лазаря», «Преображение», «Вход в Иерусалим» — все около 1405) Благовещенского собора Московского Кремля (иконостас этого собора, согласно новейшим исследованиям, происходит из Симонова монастыря), часть миниатюр «Евангелия Хитрово» (около 1395 года, Российская государственная библиотека, Москва).
Существует предположение, что в иконостасе Благовещенского собора Московского Кремля, среди икон, которые, по мнению ряда исследователей, могут принадлежать кисти Рублева, имеется автопортрет Андрея Рублева в образе Иуды Искариота.
Творчество Рублёва является одной из вершин русской и мировой культуры. Совершенство его творений рассматривается как результат особой исихастской традиции. Уже при жизни Андрея его иконы весьма ценились и почитались как чудотворные.